基于STC12C5A60S2智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】本設(shè)計的智能電動小車，由主控模塊，超聲波傳感器模塊，光電尋跡傳感器模塊，舵機(jī)驅(qū)動模塊等組成，以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，完成路面信息檢測、尋跡避障、可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車等功能這種方案能實現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實時控制，控制靈活、可靠，精度高。

【關(guān)鍵詞】光電檢測；電動小車；智能控制；超聲波測距

自第一臺智能小車誕生以來，智能小車的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。一方面由于智能小車的智能水平不斷提高，人們在不斷探討、改造。認(rèn)識自然的過程中，制造能替代人勞動的機(jī)器一直是人類的夢想。本文介紹了基于STC12C5A60S2單片機(jī)控制的智能小車控制系統(tǒng)。

1.智能小車總體設(shè)計

該智能小車由兩個舵機(jī)、超聲波傳感器、顏色傳感器、光電尋跡模塊、晶振、蜂鳴器、尾輪、車輪、及電路板等組成。該小車由前左右兩輪和尾輪組成三角支撐點，使小車在行進(jìn)中更加穩(wěn)固，不容易傾斜、翻倒。尾輪轉(zhuǎn)動方向能夠隨時改變，增加了小車的靈活性。通過觀察發(fā)光二極管的個數(shù)，可以知道光電尋跡模塊的工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，節(jié)能。

智能小車控制選用STC12C5A60S2單片機(jī)。在賽道的出發(fā)位置由手動啟動小車，小車的蔽障功能是由于小車上裝有超聲波傳感器和紅外光電傳感器，所以賽道用黑色膠帶布置，方便檢測。小車啟動后單片機(jī)開始計數(shù)顯示蔽障、調(diào)速功能。智能小車在行駛過程中，采用雙極式H型PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動態(tài)性能，小車結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件構(gòu)成

根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)可以劃分為控制部分和信號檢測部分。其中控制部分包括：控制器模塊，舵機(jī)驅(qū)動模塊，顯示模塊。信號檢測部分包括：黑帶檢測模塊，距離檢測模塊和障礙物檢測模塊，模塊框圖如圖2所示。

2.1 中央處理器模塊

小車采用STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心控制小車全程行駛，包括尋跡，躲避障礙物，車調(diào)速等功能。是高速/低功耗/超強(qiáng)干擾的新一代8051單片機(jī)，此單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有的單元模塊，可稱的上是一個片上系統(tǒng)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，在工作中在內(nèi)部R/C振蕩器頻率，針對電機(jī)控制，避免強(qiáng)干擾場合。

2.2 光電尋跡模塊

尋跡采用反射式光電傳感器，反射式光電傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)紅外的檢查方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收。經(jīng)處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回微控制器，微控制器可利用紅外波的返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。如圖3所示，當(dāng)遇到黑線時，圖中三極管C9012導(dǎo)通，反相器輸入口處檢測到低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖剑﹩纹瑱C(jī)識別，同時指示燈被點亮，圖中滑動變阻器，可方便改變光電傳感器的輸入電流，從而改變靈敏度，圖中0.1uF電容，可減少電路中“毛刺”，以增加電路的抗干擾能力。系統(tǒng)尋跡圖如圖3所示。

2.3 超聲波障礙檢測

本設(shè)計探測小車前方障礙物的檢測元件是T/R-40-12小型超聲波傳感器，中心頻率為40Hz，單片機(jī)STC12C5A60S2發(fā)出的40KHz脈沖信號可以驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)出40KHz的脈沖超聲波信號，當(dāng)智能小車前進(jìn)時前方遇到障礙物，超聲波信號被障礙物反射回來，由接收器接收，反射回來的信號經(jīng)LM318兩級放大，再經(jīng)過有鎖相環(huán)的音頻解碼芯片LM567解碼，當(dāng)LM567的輸入信號大于25mV時，輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剑蚐TC12C5A60S2單片機(jī)處理。超聲波檢測如圖4所示。

2.4 顯示模塊

采用8位LED七段數(shù)碼管，4位數(shù)碼管顯示時間，4位數(shù)碼管顯示路程，采用ZLG7289驅(qū)動，實現(xiàn)單片機(jī)I/O口的并用，電路結(jié)構(gòu)簡單，模擬顯示屏可以提供各種全彩效果及動態(tài)顯示圖像字符，可以采用脫機(jī)控制或計算機(jī)連接實行同步控制。數(shù)碼管控制器可以單獨(dú)控制，也可多臺聯(lián)機(jī)控制，數(shù)碼管安裝編排方式任意，適合各種復(fù)雜工程需求。

2.5 電源模塊

使用兩節(jié)3.2V鋰離子電池供電，鋰電池電壓平臺高，單體電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組。相對鉛酸電池而言鋰電池重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5-6，重量輕有利于電動小車在行進(jìn)過程中節(jié)省電能，為小車完成其他功能提供充足的電能。自放電率低，無記憶效應(yīng)。

3.系統(tǒng)測試

對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能，查看硬件電路的連接是否與邏輯圖一致，用萬用表檢測有無短路或斷路現(xiàn)象，器件的規(guī)格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬用表測量一下電路板正負(fù)電源兩端之間的電阻，排除電源短路的可能性。如圖5所示系統(tǒng)程序邏輯框圖。圖6所示為智能小車測試。

4.結(jié)論

這次設(shè)計的智能小車系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，實現(xiàn)了既定功能。這次系統(tǒng)設(shè)計深入的了解STC12C5A60S2系統(tǒng)單片機(jī)的工作原理，提高了對其的運(yùn)用能力。總體設(shè)計合理，是主流的智能化的信息融合技術(shù)的設(shè)計理念，功率較低，有廣闊的發(fā)展前景，其中也有不足之處，有待改進(jìn)。

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作者簡介：孫學(xué)智（1982—），男，吉林長春人，碩士，吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化系助教，研究方向：電氣自動化。